電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)可再生能源的開(kāi)發(fā)和高效利用起到至關(guān)重要的作用。盡管鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)在近幾年已經(jīng)取得了很多重要的研究進(jìn)展，但是充電速度和能量密度的不斷增高也帶來(lái)了一些重大的安全問(wèn)題，例如自發(fā)熱已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視的安全隱患。雖然之前已有報(bào)道對(duì)均勻溫度狀態(tài)下溫度對(duì)鋰生長(zhǎng)形態(tài)、循環(huán)性和老化率的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究；但在實(shí)際應(yīng)用中，電池通常在不均勻的溫度狀態(tài)下工作，常常會(huì)出現(xiàn)由內(nèi)部、外部熱源或制造過(guò)程產(chǎn)生的不均勻性和缺陷造成的局部過(guò)熱情況。

鋰（Li）金屬作為一種極具吸引力的負(fù)極，在近年來(lái)得到了廣泛的研究。充分了解影響鋰電池中鋰金屬生長(zhǎng)的各種因素，對(duì)于提高鋰金屬電池以及現(xiàn)有鋰離子電池的安全性起到至關(guān)重要的作用。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，美國(guó)斯坦福大學(xué)崔屹教授研究了局部過(guò)熱對(duì)電池中鋰金屬生長(zhǎng)的影響，并據(jù)此提出了一種可能的溫度誘導(dǎo)電池短路機(jī)制。利用激光在鋰電池內(nèi)部產(chǎn)生局域高溫，并基于微拉曼光譜學(xué)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。由于表面交換電流密度的增加，鋰沉積速率在過(guò)熱區(qū)域上加快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。作者進(jìn)一步基于這些表征證明局部高溫可能是導(dǎo)致電池短路的重要原因之一。此外，溫度測(cè)量平臺(tái)為詳細(xì)描述儲(chǔ)能設(shè)備的熱特性打開(kāi)了新的大門(mén)。該文章發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Naturecommunications上。YangyingZhu和JinXie為本文共同第一作者。

局部過(guò)熱誘導(dǎo)的電池短路：

電池內(nèi)部短路會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱和局部鋰的快速生長(zhǎng)。基于此，作者提出：內(nèi)部局部過(guò)熱可能會(huì)導(dǎo)致電池短路的發(fā)生。并且，作者在電池內(nèi)部搭建了局部溫度傳感控制系統(tǒng)并進(jìn)行局部過(guò)熱試驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想。

【總結(jié)】

作者以微拉曼光譜為溫度傳感平臺(tái)，研究了鋰電池內(nèi)部局部過(guò)熱對(duì)電池性能的影響。由于表面交換電流密度的增加，鋰的沉積速率在過(guò)熱區(qū)域上加快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。作者進(jìn)一步基于電壓電流測(cè)量，光學(xué)可視化和溫度響應(yīng)測(cè)試證明電池短路可以觸發(fā)一個(gè)不均勻的局部高溫點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究了鋰電池內(nèi)部的溫度敏感現(xiàn)象，揭示了鋰枝晶生長(zhǎng)的正反饋性質(zhì);較高的局部溫度可以加快鋰沉積速率，這可以進(jìn)一步使電池短路，造成局部溫度進(jìn)一步提高的連鎖反應(yīng)。鋰枝晶生長(zhǎng)與局部溫度升高之間的雙向關(guān)系不僅為理解電池內(nèi)部的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)奠定了基礎(chǔ)，也為電池的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。一般情況下，電池溫度升高還會(huì)引發(fā)電解質(zhì)與活性物質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)間相的放熱反應(yīng)（SEI），進(jìn)一步加劇溫度的升高。